DE19508183A1 - Verfahren zur Kühlung von Luft mittels eines Klimagerätes - Google Patents

Verfahren zur Kühlung von Luft mittels eines Klimagerätes

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Karl-Heinz Dipl Ing Happel
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DRESDEN LUFTTECH ANLAGEN
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung von Luft mittels eines Klimagerätes, das auf der einen Seite einen Au­ ßenluft- und einen Fortluftdurchlaß sowie auf der anderen Seite einen Abluft- und einen Zuluftdurchlaß aufweist.
Klimaanlagen haben die Aufgabe, Temperatur und Feuchtigkeit der Luft in geschlossenen Räumen auf Werten zu halten, die vom Menschen als behaglich empfunden werden. Das ist der Fall bei etwa 19-20°C im Winter bzw. 20-25°C im Sommer und bei einer relativen Luftfeuchtigkeit zwischen 35 und 70%.
Es ist schon bekannt, die Abluft über eine adiabatische Be­ feuchtungseinrichtung bis zur 100%-Sättigungslinie und dar­ über hinaus bis zur Übersättigung zu befeuchten und die dabei physikalisch bedingte Absenkung der Temperatur über ein be­ kanntes Wärmerückgewinnungssystem, z. B. Rotor- oder Kreuz­ stromplattenwärmeübertrager, zwecks Kühlung zu nutzen (MENER-GA Fachbeitrag, Sonderdruck aus KT - Klima Kälte Heizung, Heft 7/92). Jedoch sind die erreichbaren Kühleffekte bei hö­ heren Außentemperaturen nicht ausreichend.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein effektives, energiearmes und umweltfreundliches Kühlverfahren zu entwickeln, das einen 100%igen Außenluftbetrieb oder anteiligen Um­ luftbetrieb in lufttechnischen Anlagen bei voller Erfüllung der Kühlungsaufgaben auch bei hohen Außentemperaturen unter Verwendung außergewöhnlich kostengünstiger Kühlgeräte er­ laubt.
Die Erfindung wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des 1. Anspruchs angegebenen Merkmale. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung geben die Ansprüche 2 bis 6 an.
Infolge der Entfeuchtung der Luft im zweiten Kühlschritt wird bei Verwendung des Abluftvolumenstroms zur adiabatischen Küh­ lung der Abluft der Vorkühlschritt der Außenluft als Funktion der relativen absoluten Feuchte verstärkt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl im reinen Außen­ luftbetrieb als auch Mischluftbetrieb arbeiten.
Es können sowohl rekuperative als auch regenerative Wärme­ rückgewinnungseinrichtungen eingesetzt werden.
Für den Nachkühlschritt kann jede Art von Kälteerzeugung ver­ wendet werden, die in ihrer Kühltemperatur die Taupunkttempe­ ratur der behandelten Luft unterschreitet.
Weiterhin kann an Stelle der Abluft zur Erzeugung des Vor­ kühlschrittes auch Außenluft verwendet werden, aus der durch adiabatische Befeuchtung und mögliche Übersättigung der glei­ che Vorkühlschritt realisiert werden kann.
Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Luftkonditionierungsanlage,
Fig. 2 die Wirkungsweise der Erfindung anhand eines Molier-h, x-Diagramms,
Fig. 3 ein Diagramm über den jahreszeitabhängig sinnvollen Einsatz des Verfahrens unter Ausweis der möglichen Energie­ einsparung.
Nach Fig. 1 gelangt die Abluft AL aus einem konditionierten Raum über eine Luftklappe 1 und einen Filter 2 zu einem Kalt­ dampfgenerator 3. Hier erfolgt eine Befeuchtung der Abluft AL bis zur Sättigung oder Übersättigung, womit eine adiabatische Abkühlung einhergeht. Die abgekühlte Luft wird anschließend einem Rotorwärmetauscher 4 zugeführt. Im Rotorwärmetauscher 4 wird die Kühlleistung an die mittels eines Ventilators 5 an­ gesaugte und gefilterte Außenluft AUL übergeben, und die Ab­ luft AL wird zur Fortluft FL. Diese wird mittels eines Venti­ lators 5 angesaugt und ins Freie geführt.
Die im Rotorwärmetauscher 4 abgekühlte Außenluft AUL wird in nachgeschalteten Kühlregistern 8 bis auf die gewünschte Einb­ lastemperatur der Zuluft ZL nachgekühlt. Mit diesem Nachkühl­ schritt ist eine absolute Trocknung der Zuluft ZL verbunden, die nach Aufnahme der Wärmelast zur nun absolut trockeneren Abluft AL wird und den in dieser Luft eingeschalteten adiaba­ ten Vorkühlschritt erfindungsgemäß bedeutend verstärkt.
Als Kühlaggregat für die Kühlregister 8 eignet sich hierzu jede beliebige Kältemaschine 9, die in ihrer Kühltemperatur die Taupunkttemperatur der behandelten Luft unterschreitet.
Anhand der Fig. 2 sollen die energetischen Vorteile des neuen zweistufigen Kühlverfahrens im "Sommerbetrieb" erläutert wer­ den.
Im Mollier-h, x-Diagramm ist der Wasserdampfgehalt x und der Teildruck des Wasserdampfs po über der Lufttemperatur t auf­ getragen.
Es wird von einer Temperatur der Außenluft von 32°C und ei­ ner relativen Luftfeuchtigkeit ϕ von 40% ausgegangen (Punkt 8 der Kennlinie). Diese Luft wird durch Kälterückgewinnung aus der Abluft über einen Wärmetauscher mit einem Wirkungs­ grad von im Beispiel 76,3% bis auf 22°C gekühlt, wobei die relative Feuchte bis auf 70% steigt (Punkt 9 der Kennlinie). Durch Nachkühlen in Kälteregistern, die z. B. von Kältemaschi­ nen, beaufschlagt werden, sinkt die Temperatur auf 17°C und die relative Feuchte steigt auf 90% und die absolute Feuchte der Luft sinkt um ca. 0,8 g/kg (Punkt 10 der Kennlinie). Die so konditionierte Luft wird als Zuluft in den zu klimatisie­ renden Raum geleitet. Nach Übernahme der Wärmelasten des Raumes erreicht die Luft den Zustand 11=12 der Kennlinie. Zu diesem Zustandspunkt wird die Luft zur Abluft und in einen Kaltdampfgenerator adiabatisch bis zur Übersättigung befeuch­ tet, wodurch sich eine Temperatur von 19,5°C und eine rela­ tive Feuchte von 100% oder mehr einstellt (Punkt 13 der Kenn­ linie). Diese Luft wird durch einen Wärmetauscher, beispiels­ weise einen Rotationswärmetauscher, geleitet, in dem die niedrige Temperatur der Abluft an die Außenluft übertragen wird. Infolge der Entfeuchtung der Luft im zweiten Kühl­ schritt (9-10 der Kennlinie) wird bei Verwendung des Abluft­ volumenstroms zur adiabatischen Kühlung der Abluft der Vor­ kühlschritt (8-9 der Kennlinie) der Außenluft als Funktion der relativen absoluten Feuchte verstärkt. Diese einander be­ dingte Kombination ist der Kern der Erfindung.
In den Diagrammen nach Fig. 3 ist die Aufnahmeleistung eines nach der Erfindung arbeitenden Systems in Abhängigkeit von der Jahreshäufigkeit der Außentemperaturen aufgezeigt. Im Beispiel ist eine Energieeinsparung bis zu 40% an heißen Ta­ gen ablesbar, was in der Gesamtenergiebilanz des Kühlbetriebs über ein Jahr immerhin noch einer Energieeinsparung bis zu 10% entspricht.

Claims (6)

1. Verfahren zur Kühlung von Luft mittels eines Klimagerätes, das auf der einen Seite einen Außenluft- und einen Fortluft­ durchlaß sowie auf der anderen Seite einen Zuluft- und einen Abluftdurchlaß aufweist, wobei die Abluft zunächst über eine Befeuchtungseinrichtung bis zur Sättigung und/oder Übersätti­ gung gebracht, dadurch in der Temperatur adiabatisch abge­ senkt und anschließend über einen Wärmetauscher zwecks Küh­ lung der angesaugten Außenluft geführt wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in einem Nachkühlschritt die vorgekühlte Außen­ luft (AUL) beliebig weiter abgekühlt und als Zuluft (ZL) in die zu klimatisierenden Räume geführt wird, wobei die mit dieser Kühlung einhergehende absolute Trocknung der Luft bei Verwendung des Abluftvolumenstroms zur adiabatischen Kühlung der Abluft (AL) den adiabatischen Vorkühlschritt der Außen­ luft (AUL) wesentlich verstärkt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch reinen Au­ ßenluftbetrieb.
3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mischluft­ betrieb.
4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Ein­ satz von rekuperativen und regenerativen Wärmerückgewinnungs­ einrichtungen.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Nachkühlschritt jede Art von Kälteerzeugung verwendet wer­ den kann, die in ihrer Kühltemperatur die Taupunkttemperatur der behandelten Luft unterschreitet.
6. Verfahren zur Kühlung von Luft mittels eines Klimagerätes dadurch gekennzeichnet, daß im Vorkühlschritt Außenluft ver­ wendet wird, die ausschließlich den Vorkühlschritt aktiviert und nicht zum Förderstrom der klimatisierten Luft gehört.
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EP0952409A2 (de) 1998-04-17 1999-10-27 Karl-Heinz Happel Gegenstrom-Plattenwärmeübertrager
GR20170100232A (el) * 2017-05-15 2019-02-25 Δημητριος Ζαχαρια Ανδριανος Μοναδα κλιματισμου εξωτερικων χωρων υψηλων θερμοκρασιων

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